DE10123850C2 - Fuel injector - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Brennstoffeinspritzventil nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on a fuel injector according to the genus of the main claim.
Beispielsweise ist aus der DE 196 26 576 A1 ein elektromagnetisch betätigbares Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei welchem zur elektromagnetischen Betätigung ein Anker mit einer elektrisch erregbaren Magnetspule zusammenwirkt und der Hub des Ankers über eine Ventilnadel auf einen Ventilschließkörper übertragen wird. Der Ventilschließkörper wirkt mit einer Ventilsitzfläche zu einem Dichtsitz zusammen. Im Anker sind mehrere Brennstoffkanäle vorgesehen. Die Rückstellung des Ankers erfolgt mit einer Rückstellfeder.For example, from DE 196 26 576 A1 Electromagnetically actuated fuel injector known in which one for electromagnetic actuation Anchor with an electrically excitable solenoid interacts and the stroke of the armature via a valve needle is transferred to a valve closing body. The Valve closing body works with a valve seat surface a sealing seat together. There are several in the anchor Fuel channels provided. The provision of the anchor is done with a return spring.
Nachteilig bei dem aus der DE 196 26 576 A1 bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere, daß die das Brennstoffeinspritzventil durchfließende Brennstoffmenge qdyn bei Abheben des Ventilschließkörpers vom Dichtsitz nicht genau genug dosiert werden kann. Insbesondere ist das Verhältnis von maximal abgespritzter Brennstoffmenge zu minimal abgespritzter Brennstoffmenge qmax/qmin relativ klein. Die Kennlinie des Brennstoffeinspritzventils, welche den Verlauf der dynamischen Durchflußmenge qdyn in Abhängigkeit vom Hub der Ventilnadel darstellt, ist relativ flach, so daß starke Schwankungen im dynamischen Durchfluß auftreten. A disadvantage of the fuel injector known from DE 196 26 576 A1 is, in particular, that the quantity of fuel q dyn flowing through the fuel injector cannot be dosed precisely enough when the valve closing body is lifted from the sealing seat. In particular, the ratio of the maximum amount of fuel sprayed to the minimum amount of fuel sprayed q max / q min is relatively small. The characteristic curve of the fuel injector, which represents the course of the dynamic flow rate q dyn depending on the stroke of the valve needle, is relatively flat, so that strong fluctuations in the dynamic flow occur.
Aus der DE 195 46 033 A1 ist weiterhin ein Brennstoffeinspritzventil bekannt, bei welchem durch das Vorsehen einer auf das Ventilglied wirkenden Dämpfungs- oder Fixiervorrichtung das Ventilglied in einer Zwischenposition derart fixierbar ist, daß auch in diesen aufgesteuerten Teilöffnungsquerschnitten am Einspritzventil eine über der Zeit konstante Kraftstoffmenge in den Brennraum einer Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Eine Änderung der Einspritzmenge ist bei diesem Brennstoffeinspritzventil sowohl über die Ansteuerzeit als auch über den Ventilhub des Einspritzventils möglich. Insbesondere ist damit das Verhältnis von maximal abgespritzter Brennstoffmenge zu minimal abgespritzter Brennstoffmenge qmax/qmin frei wählbar.From DE 195 46 033 A1 a fuel injector is also known, in which, by providing a damping or fixing device acting on the valve member, the valve member can be fixed in an intermediate position in such a way that even in these controlled partial opening cross sections on the injection valve, a constant amount of fuel over time is injected into the combustion chamber of an internal combustion engine. A change in the injection quantity is possible with this fuel injection valve both via the actuation time and via the valve lift of the injection valve. In particular, the ratio of the maximum amount of fuel sprayed to the minimum amount of fuel sprayed q max / q min is freely selectable.
Nachteilig bei dem aus der DE 195 46 033 A1 bekannten Brennstoffeinspritzventil ist insbesondere der hohe konstruktive Aufwand einer Vorrichtung zur Steuerung des Ventilhubs. A disadvantage of that known from DE 195 46 033 A1 Fuel injector is particularly high design effort of a device for controlling the Valve lift.
Das erfindungsgemäße Brennstoffeinspritzventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß zumindest ein Brennstoffkanal so im Ventilinnenraum angeordnet ist, daß sein Querschnitt bei geschlossenem Brennstoffeinspritzventil abgeschlossen ist, so daß der Innenraum des Brennstoffeinspritzventils nicht in Verbindung mit der Ausnehmung der Ventilnadel steht. Beim Öffnen des Brennstoffeinspritzventils wird der Brennstoffkanal freigegeben, so daß eine annähernd stufenförmige Kennlinie erzielt wird.The fuel injector according to the invention with the has characteristic features of the main claim in contrast, the advantage that at least one fuel channel is arranged in the valve interior so that its cross section completed with the fuel injector closed is so that the interior of the fuel injector not in connection with the recess of the valve needle stands. When the fuel injector is opened, the Fuel channel released so that an approximate step-like characteristic is achieved.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterentwicklungen des im Hauptanspruch angegebenen Brennstoffeinspritzventils möglich.By the measures listed in the subclaims advantageous developments of the main claim specified fuel injector possible.
Von Vorteil ist insbesondere, daß der zumindest eine Brennstoffkanal in einem Flansch ausgebildet ist, der den Anker des Magnetkreises durchgreift und mit der Ventilnadel in kraftschlüssiger Verbindung steht. Durch diese einfache Konstruktion ist eine aufwendige Ankerfreiwegskonstruktion unnötig.It is particularly advantageous that the at least one Fuel channel is formed in a flange that the The armature of the magnetic circuit reaches through and with the valve needle is in a frictional connection. Through this simple Construction is a complex anchor free path construction unnecessary.
Von Vorteil ist außerdem, daß der Brennstoffkanal durch eine entsprechend ausgebildete Schulter des Innenpols des Brennstoffeinspritzventils abgedeckt wird, wodurch zusätzliche Bauteile vermieden werden.It is also advantageous that the fuel channel through a appropriately trained shoulder of the inner pole of the Fuel injector is covered, whereby additional components can be avoided.
Vorteilhaft ist insbesondere auch die rohrförmige Ventilnadel, deren Ausnehmung sowohl die Steckverbindung mit dem Flansch als auch eine Weiterleitung des Brennstoffs ermöglicht. The tubular one is also particularly advantageous Valve needle, the recess of which both the plug connection with the flange as well as a forwarding of the fuel allows.
Weiterhin ist von Vorteil, daß der zumindest eine Brennstoffkanal so dimensioniert ist, daß er nicht als Drossel wirkt und damit keine Hubdrosselung auftritt.It is also advantageous that the at least one Fuel channel is dimensioned so that it is not as Throttle acts and therefore no stroke throttling occurs.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is in the drawing shown in simplified form and in the following Description explained in more detail. Show it:
Fig. 1A einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils in geschlossenem Zustand, Fig. 1A is a schematic section through an embodiment of the invention designed according to the fuel injection valve in the closed state,
Fig. 1B einen schematischen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils in geöffnetem Zustand, und Fig. 1B is a schematic section through an embodiment of the invention designed according to the fuel injection valve in the open state, and
Fig. 2 eine schematische Darstellung der dynamischen Durchflußmenge qdyn in Abhängigkeit vom Hub der Ventilnadel des in den Fig. 1A und 1B dargestellten erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils. Fig. 2 is a schematic representation of the dynamic flow rate q dyn depending on the stroke of the valve needle of the fuel injector according to the invention shown in Figs. 1A and 1B.
Fig. 1 zeigt in einer auszugsweisen Schnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennstoffeinspritzventils 1 in geschlossenem Zustand. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist in der Form eines Brennstoffeinspritzventils 1 für Brennstoffeinspritzanlagen von gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschinen ausgeführt. Das Brennstoffeinspritzventil 1 eignet sich zum direkten Einspritzen von Brennstoff in einen nicht dargestellten Brennraum einer Brennkraftmaschine. Fig. 1 shows, in a partial sectional view of an embodiment of a fuel injector 1 according to the invention in the closed state. The fuel injection valve 1 is designed in the form of a fuel injection valve 1 for fuel injection systems of mixture-compressing, spark-ignition internal combustion engines. The fuel injection valve 1 is suitable for injecting fuel directly into a combustion chamber (not shown) of an internal combustion engine.
Das Brennstoffeinspritzventil 1 besteht aus einem rohrförmigen Düsenkörper 2, in welchem eine Ventilnadel 3 angeordnet ist. Die Ventilnadel 3 steht in Wirkverbindung mit einem Ventilschließkörper 4, der mit einer auf einem Ventilsitzkörper 5 angeordneten Ventilsitzfläche 6 zu einem Dichtsitz zusammenwirkt. Bei dem Brennstoffeinspritzventil 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um ein nach innen öffnendes Brennstoffeinspritzventil 1, welches über eine Abspritzöffnung 7 verfügt.The fuel injection valve 1 consists of a tubular nozzle body 2 , in which a valve needle 3 is arranged. The valve needle 3 is operatively connected to a valve closing body 4 , which cooperates with a valve seat surface 6 arranged on a valve seat body 5 to form a sealing seat. In the exemplary embodiment, the fuel injection valve 1 is an inward opening fuel injection valve 1 , which has a spray opening 7 .
Der Düsenkörper 2 ist mittels einer Schweißnaht 8 mit einem Außenpol 9 einer Magnetspule 10 verbunden. Die Magnetspule 10 ist auf einen Spulenträger 12 gewickelt, welcher an einem Innenpol 13 der Magnetspule 10 anliegt. Die Magnetspule 10 wird über eine nicht weiter dargestellte Leitung von einem über einen elektrischen Steckkontakt 17 zuführbaren elektrischen Strom erregt. Der Steckkontakt 17 ist von einer Kunststoffummantelung 18 umgeben, die am Innenpol 13 angespritzt sein kann.The nozzle body 2 is connected to an outer pole 9 of a magnet coil 10 by means of a weld 8 . The magnet coil 10 is wound on a coil carrier 12 , which bears against an inner pole 13 of the magnet coil 10 . The magnet coil 10 is excited via a line (not shown further) by an electrical current that can be supplied via an electrical plug contact 17 . The plug contact 17 is surrounded by a plastic sheath 18 , which can be molded onto the inner pole 13 .
Die Ventilnadel 3 steht über einen Flansch 14, der in die rohrförmig ausgebildete Ventilnadel 3 eingeschoben und mittels einer Schweißnaht 15 mit der Ventilnadel 3 verbunden ist, in kraftschlüssiger Verbindung mit einem Anker 20. Dabei durchgreift der Flansch 14 den Anker 20 durch eine Ausnehmung 19 des Ankers 20. Auf dem Flansch 14 stützt sich eine Rückstellfeder 23 ab, welche in der vorliegenden Bauform des Brennstoffeinspritzventils 1 durch eine Hülse 31 auf Vorspannung gebracht wird.The valve needle 3 is non-positively connected to an armature 20 via a flange 14 , which is inserted into the tubular valve needle 3 and connected to the valve needle 3 by means of a weld seam 15 . The flange 14 passes through the armature 20 through a recess 19 in the armature 20 . A return spring 23 is supported on the flange 14 and, in the present design of the fuel injection valve 1, is preloaded by a sleeve 31 .
In dem Flansch 14 ist zulaufseitig des Ankers 20 erfindungsgemäß zumindest ein radial verlaufender Brennstoffkanal 11 ausgebildet, der dem Brennstoff beim Öffnen des Brennstoffeinspritzventils 1 den Durchtritt in die Ventilnadel 3 ermöglicht. In geschlossenem Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 ist der zumindest eine Brennstoffkanal 11 durch eine Schulter 24 des Innenpols 13 gegenüber einem in dem Innenpol 13 des Brennstoffeinspritzventils 1 ausgebildeten Innenraum 29 des Brennstoffeinspritzventils 1 abgeschlossen.In the flange 14 of the armature 20 is formed at least according to the invention a radially extending fuel channel 11 on the feed side which allows the fuel during the opening of the fuel injector 1, the passage in the valve needle. 3 In the closed state of the fuel injection valve 1 , the at least one fuel channel 11 is closed off by a shoulder 24 of the inner pole 13 with respect to an interior space 29 of the fuel injection valve 1 formed in the inner pole 13 of the fuel injection valve 1 .
Der Brennstoff wird über eine zentrale Brennstoffzufuhr 16 dem Brennstoffeinspritzventil 1 zugeleitet und durch ein Filterelement 25 gefiltert. Das Brennstoffeinspritzventil 1 ist durch eine Dichtung 28 gegen eine nicht weiter dargestellte Verteilerleitung abgedichtet.The fuel is fed to the fuel injection valve 1 via a central fuel feed 16 and filtered by a filter element 25 . The fuel injector 1 is sealed by a seal 28 against a distribution line, not shown.
In dem in Fig. 1A dargestellten Ruhezustand des Brennstoffeinspritzventils 1 wird der Flansch 14 von der Rückstellfeder 23 so beaufschlagt, daß er an einer zulaufseitigen Stirnfläche 30 des Ankers 20 anliegt. Dadurch ist auch der Anker 20 durch eine Rückstellfeder 23 beaufschlagt, so daß der an der Ventilnadel 3 ausgebildete Ventilschließkörper 4 an der Ventilsitzfläche 6 in dichtender Anlage gehalten wird. Ein zwischen der Stirnfläche 30 des Ankers 20 und dem Innenpol 13 ausgebildeter Arbeitsspalt 27 ist geöffnet.In the idle state of the fuel injection valve 1 shown in FIG. 1A, the flange 14 is acted upon by the return spring 23 in such a way that it bears against an inlet-side end face 30 of the armature 20 . As a result, the armature 20 is acted upon by a return spring 23 , so that the valve closing body 4 formed on the valve needle 3 is held in sealing contact with the valve seat surface 6 . A working gap 27 formed between the end face 30 of the armature 20 and the inner pole 13 is opened.
Der in dem Flansch 14 ausgebildete zumindest eine Brennstoffkanal 11 ist im geschlossenen Zustand des Brennstoffeinspritzventils 1 durch die Schulter 24 des Innenpols 13 so abgedeckt, daß kein Brennstoff durch den Brennstoffkanal 11 strömen kann. Die weitere Funktion des Brennstoffeinspritzventils 1 beim Öffnungsvorgang ist in Fig. 1B näher erläutert.The at least one fuel channel 11 formed in the flange 14 is covered in the closed state of the fuel injection valve 1 by the shoulder 24 of the inner pole 13 such that no fuel can flow through the fuel channel 11 . The further function of the fuel injection valve 1 during the opening process is explained in more detail in FIG. 1B.
Fig. 1B zeigt in einer ausschnittsweisen, schematisierten Schnittdarstellung einen Längsschnitt durch das in Fig. 1A dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Brennstoffeinspritzventils 1 in geöffnetem Zustand. Übereinstimmende Bauteile sind dabei in Fig. 1A und 1B mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. FIG. 1B shows a sectional, schematic sectional view of a longitudinal section through the embodiment shown in FIG. 1A of a fuel injector 1 designed according to the invention in the open state. Corresponding components are provided with the same reference numerals in FIGS. 1A and 1B.
Das erfindungsgemäß ausgestaltete Brennstoffeinspritzventil 1 ist in Fig. 1B in geöffnetem Zustand dargestellt, wobei der in dem Flansch 14 ausgebildete Brennstoffkanal 11 den Innenraum 29 des Brennstoffeinspritzventils 1 mit der Ausnehmung 22 der Ventilnadel 3 verbindet, so daß Brennstoff, der über die zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeleitet und durch das Filterelement 25 gefiltert wird, über die axiale Bohrung 21 des Flansches 14 und die Ausnehmung 22 der Ventilnadel 3 zum Dichtsitz geleitet werden kann. Die Ventilnadel 3 weist dabei mehrere Durchströmöffnungen 26 auf, durch welche der Brennstoff aus der Ausnehmung 22 der Ventilnadel 3 austritt.The invention designed according to the fuel injection valve 1 is illustrated in Fig. 1B in the open state, wherein said formed in the flange 14 of fuel passageway 11 29 of the fuel injection valve 1 connects the interior with the recess 22 of the valve pin 3, so that fuel supplied via the central fuel supply 16 and is filtered by the filter element 25 , can be passed to the sealing seat via the axial bore 21 of the flange 14 and the recess 22 of the valve needle 3 . The valve needle 3 has a plurality of flow openings 26 through which the fuel exits the recess 22 of the valve needle 3 .
Wird die Magnetspule 10 mittels der nicht weiter dargestellten elektrischen Leitung erregt, baut sich ein Magnetfeld auf, welches den Anker 20 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 23 an den Innenpol 13 zieht. Der Arbeitsspalt 27 zwischen der zulaufseitigen Stirnfläche 30 des Ankers 20 und dem Innenpol 13 wird dabei geschlossen.If the magnetic coil 10 is excited by means of the electrical line (not shown further), a magnetic field builds up, which pulls the armature 20 against the force of the return spring 23 to the inner pole 13 . The working gap 27 between the inlet-side end face 30 of the armature 20 and the inner pole 13 is closed.
Da der Flansch 14 den Anker 20 durch dessen Ausnehmung 19 durchgreift, wird der Flansch 14 mit dem Anker 20 bei Betätigung des Brennstoffeinspritzventils 1 in Hubrichtung bewegt. Dadurch wird sowohl die mit dem Flansch 14 über die Schweißnaht 15 kraftschlüssig verbundene Ventilnadel 3 ebenfalls in Hubrichtung bewegt als auch der zumindest eine Brennstoffkanal 11 freigegeben. Dadurch kann über die zentrale Brennstoffzufuhr 16 zugeleiteter Brennstoff über den Innenraum 29 des Brennstoffeinspritzventils 1 durch den zumindest einen Brennstoffkanal 11 in die Ausnehmung 22 der Ventilnadel 3 strömen. Durch die Durchströmöffnungen 26 gelangt der Brennstoff dann zum Dichtsitz und wird über die Abspritzöffnung 7 in den nicht weiter dargestellten Brennraum abgespritzt.Since the flange 14 passes through the armature 20 through its recess 19 , the flange 14 with the armature 20 is moved in the stroke direction when the fuel injection valve 1 is actuated. As a result, the valve needle 3, which is non-positively connected to the flange 14 via the weld seam 15, is also moved in the stroke direction and the at least one fuel channel 11 is opened . As a result, fuel supplied via the central fuel supply 16 can flow via the interior 29 of the fuel injection valve 1 through the at least one fuel channel 11 into the recess 22 of the valve needle 3 . The fuel then passes through the flow openings 26 to the sealing seat and is sprayed off via the spray opening 7 into the combustion chamber, which is not shown in any more detail.
Wird der Spulenstrom abgeschaltet, fällt der Anker 20 nach genügendem Abbau des Magnetfeldes durch den Druck der Rückstellfeder 23 auf den Flansch 14 vom Innenpol 13 ab, wodurch sich die mit dem Flansch 14 in Wirkverbindung stehende Ventilnadel 3 entgegen der Hubrichtung bewegt. Dadurch setzt der Ventilschließkörper 4 auf der Ventilsitzfläche 6 auf und das Brennstoffeinspritzventil 1 wird geschlossen. Der Anker 20 setzt auf dem durch den zweiten Flansch 31 gebildeten Ankeranschlag auf.If the coil current is switched off, the armature 20 drops from the inner pole 13 after the magnetic field has been sufficiently reduced by the pressure of the return spring 23 on the flange 14 , as a result of which the valve needle 3 , which is operatively connected to the flange 14 , moves counter to the stroke direction. As a result, the valve closing body 4 rests on the valve seat surface 6 and the fuel injection valve 1 is closed. The armature 20 rests on the armature stop formed by the second flange 31 .
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmenden Durchflußmenge qdyn in Abhängigkeit vom Hub der Ventilnadel 3 des Brennstoffeinspritzventils 1. Fig. 2 shows a schematic representation of the fuel injection valve 1 flowing through the flow rate q dyn function of the stroke of the valve needle 3 of the fuel injection valve 1.
Durch die vorstehend beschriebene Anordnung des zumindest einen Brennstoffkanals 11 kann eine Kennlinie, welche den dynamischen Durchfluß qdyn von Brennstoff durch das Brennstoffeinspritzventil 1 in Abhängigkeit von einem Hub der Ventilnadel 3 darstellt, eingestellt bzw. modelliert werden. Durch entsprechende Hubeinstellung der Ventilnadel 3 fließt dann so viel Brennstoff durch das Brennstoffeinspritzventil 1, wie im Rahmen der zu erzielenden Durchflußgenauigkeit notwendig ist.By the above described arrangement of the at least one fuel channel 11, a characteristic curve showing the dynamic flow rate q dyn of fuel through the fuel injection valve 1 in response to a stroke of the valve needle 3, can be adjusted or modeled. By adjusting the stroke of the valve needle 3 accordingly, as much fuel flows through the fuel injector 1 as is necessary within the scope of the flow accuracy to be achieved.
Durch die Abdeckung des zumindest einen Brennstoffkanals 11 durch die Schulter 24 kann zu Beginn des Öffnungsvorgangs kein Brennstoff zum Dichtsitz strömen. Erst bei Freigabe des zumindest einen Brennstoffkanals 11 steigt der dynamische Durchfluß qdyn schnell und annähernd stufenförmig auf einen Sättigungswert an, wie in Fig. 2 dargestellt.Because the at least one fuel channel 11 is covered by the shoulder 24 , no fuel can flow to the sealing seat at the beginning of the opening process. Only when the at least one fuel channel 11 is released does the dynamic flow rate q dyn rise rapidly and approximately step-wise to a saturation value, as shown in FIG. 2.
Durch die beschriebenen Maßnahmen können die Dynamik des Brennstoffeinspritzventils 1 verbessert und die Herstellungskosten gesenkt werden, da die Konstruktion eines Ankerfreiwegs entfällt und die Minimierung der minimalen das Brennstoffeinspritzventil 1 durchströmenden Brennstoffmenge erzielt wird.The measures described can improve the dynamics of the fuel injection valve 1 and reduce the production costs, since the construction of an anchor free path is eliminated and the minimum amount of fuel flowing through the fuel injection valve 1 is minimized.
Der zumindest eine Brennstoffkanal 11 ist dabei so dimensioniert, daß er nicht als Drossel wirkt, sondern nach seiner Freigabe einen ungedrosselten Brennstoffstrom durch das Brennstoffeinspritzventil 1 erlaubt.The at least one fuel channel 11 is dimensioned such that it does not act as a throttle, but rather allows an unthrottled fuel flow through the fuel injection valve 1 after its release.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt und z. B. auch für Brennstoffeinspritzventile 1 für gemischverdichtende, selbstzündende Brennkraftmaschinen anwendbar.The invention is not limited to the illustrated embodiment and z. B. also applicable to fuel injection valves 1 for mixture-compressing, self-igniting internal combustion engines.
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